单相整流滤波电路

关于单相整流滤波电路引言几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，通常都是由交流电网供电，因此需要把交流电变成稳定的直流电。直流稳压电源就是把交流电经过整流变成脉动的直流电，然后通过滤波稳压转换成稳定的直流电的仪器。它由整流电路、滤波电路和稳压电路3部分组成。第2页,共51页，2024年2月25日，星期天整流电路

整流电路的目的是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。这种单方向的脉动电压有很大的脉动成分。滤波电路

滤波电路的功能是将整流后的单向脉动电压中的脉动成分尽可能地滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。它由电容、电感等储能元件组成。第3页,共51页，2024年2月25日，星期天

稳压电路

稳压电路的功能是采取一些措施，当市电电压或负载电流变化时，使输出的直流电压保持稳定。第4页,共51页，2024年2月25日，星期天滤波整流稳压变压交流电源负载OtuOtuOtuOtuOtu220V单向脉动电压合适的交流电压平滑直流电压稳定直流电压组成框图第5页,共51页，2024年2月25日，星期天1.单相整流滤波电路

整流电路的作用是利用二极管的单向导电性，将交流电转换成单向脉动电压。整流电路中基本上都包含了电源变压器，一方面是“变压”（大多情况下是进行“降压”，即将220V降为较低的交流电压）；另一方面是“隔离”，把电子设备与电网隔开。在小功率直流电源中，经常采用单相半波和单相桥式整流电路。第6页,共51页，2024年2月25日，星期天1.1单相整流电路一、半波整流电路ＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–带有纯阻负载的单相半波整流电路如图所示，这是一种最简单的整流电路。它由变压器Tr、整流二极管V及负载RL三部分组成。变压器Tr将220V交流电压变换为整流电路所要求的交流低压；二极管V具有正向导通、反向截止的开关作用，所以将交流电变成了脉动的直流电，称为整流二极管；负载RL将电能转换成其他能量。第7页,共51页，2024年2月25日，星期天ＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–u2>0时:设二极管导通，忽略二极管正向压降，

uo=u2u2<0时:二极管截止,uo=0为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。第8页,共51页，2024年2月25日，星期天

to

2

3

u2

to

2

3

uO

to

2

3

iD=iO

to

2

3

uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–输出平均电压Uo指输出电压uo在一个周期中的平均值输出电流平均值Io输出电流等于流过二极管的电流，两者的平均值也相等二极管承受的最高反向峰值电压URMu2负半周时二极管截止，uD=u2第9页,共51页，2024年2月25日，星期天

由图可知，利用二极管的单向导通这一特性，使变压器副边的交流电压转换成为负载两端的单向脉动电压，从而达到整流的目的。由于这种电路只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，因此称为单相半波整流电路。半波整流电路虽然电路结构简单，但效率低，输出脉动大，因此很少单独用作直流电源。第10页,共51页，2024年2月25日，星期天二、桥式整流电路单相桥式整流电路如所示。图中，4个整流二极管V1～V4接成电桥的形式，其中一个对角线接变压器的次级，另一个对角线接负载电阻RL，但二者不能互换。u1u2TV3V2V1V4RLuou2uo简化画法第11页,共51页，2024年2月25日，星期天+–u1u2TV3V2V1V4RLuou2正半周时电流通路D1

、D4导通，D2、D3截止.电流通路:a

v1

RL

v4bab第12页,共51页，2024年2月25日，星期天-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2负半周时电流通路D2、D3

导通，D1

、D4截止电流通路:b

v2

RL

v4aab第13页,共51页，2024年2月25日，星期天

桥式整流电路各参数计算如下

to

2

3

to

2

3

u2

to

2

3

uO

to

2

3

iD=iOuD波形图输出平均电压Uo。由uo波形可知，桥式整流是半波整流的2倍，即(2)流过二极管的平均电流ID。由于V1

、V3和V2、V4轮流导通，因此流过每个二极管的平均电流只有负载电流的一半，即(3)二极管承受的最高反向峰值电压URM。当u2上正下负时，V1

、V3导通，V2、V4截止，V2

、V4相当于并联后跨接在u2上，因此反向最高峰值为第14页,共51页，2024年2月25日，星期天把四只二极管封装在一起称为整流桥~~第15页,共51页，2024年2月25日，星期天桥式整流电路的优点是输出电压高，电压纹波小，管子所承受的平均电流较小，同时由于电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器的利用率高。因此，此电路在整流电路中有了较为广泛的运用。缺点是二极管用得较多。第16页,共51页，2024年2月25日，星期天三、全波整流电路v1v2voD1Trv2D2电路图：如图所示，二极管D1、D2分别在V2的正、负半周导通，在RL上得到如图所示电压波形。v2vo00tt234第17页,共51页，2024年2月25日，星期天在U2正半周：D1导通、D2管截止，负载中有电流流过；在U2负半周：D1截止、D2管导通，负载中有电流流过。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234工作原理：第18页,共51页，2024年2月25日，星期天参数计算：（1）输出的直流电压值为:（2）流过负载平均电流:IDO=UO/RL=0.9U2/RL（3）流过整流二极管的平均电流:IF=IDO/2=0.45U2/RL（4）整流二极管的最大反向电压:UDR=2SQR(2)U2第19页,共51页，2024年2月25日，星期天（1）D管的最大整流电流IF必须大于实际流过二极管的平均电流IDO

，即

IF>IDO=ULO/RL=0.45U2/RL（2）D管的最大反向工作电压UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM，即UR>URM=2SQR(2)U2二极管的选择：第20页,共51页，2024年2月25日，星期天输出电压波动小，变压需中心抽头，绕制复杂，成本高，笨重。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234电路特点：第21页,共51页，2024年2月25日，星期天1.2滤波电路

从前面的分析可知，无论何种整流电路，它们的输出电压都含有较大的脉动成分。为了减少脉动，就需要采取一定的措施，即滤波。滤波的作用是一方面尽量降低输出电压中的脉动成分，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。第22页,共51页，2024年2月25日，星期天一、电容滤波1.电路和工作原理在整流电路中，把一个大电容C并接在负载电阻两端就构成了电容滤波电路，其电路和工作波形如图所示。电容充电电容放电RLV1V4V3V2ioC~

+

uo=uc

+u

V导通时给C充电

V截止时C向RL放电滤波后uo的波形变得平缓,平均值提高。第23页,共51页，2024年2月25日，星期天RL接入（且RLC较大）时(忽略整流电路内阻)u2tuot无滤波电容时的波形加入滤波电容时的波形u2上升,u2大于电容上的电压uc,u2对电容充电，uo=uc

u2,,u2下降，u2小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。电容C通过RL放电，uc按指数规律下降，时间常数

=RL

C第24页,共51页，2024年2月25日，星期天u2tuot只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。二极管中的电流第25页,共51页，2024年2月25日，星期天

经上述分析可知，由于在二极管截止期间电容Ｃ向负载电阻缓慢放电，使得输出电压的脉动减小，结果平滑了许多。输出电压平均值也得到了提高。显然RLC的值越大，滤波效果越好，当负载开路时（RL=∞）,为了取得良好的滤波效果，一般取式中，T为交流电源的周期。此时的输出电压平均值为Uo≈1.2U2第26页,共51页，2024年2月25日，星期天例1.1

单相桥式电容滤波整流，交流电源频率f=50Hz,负载电阻RL=40,要求直流输出电压UO=20V,选择整流二极管及滤波电容。解:选变压器选二极管应满足:IF

(2

3)

ID可选:

2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或1

A、100

V整流桥电流平均值:承受最高反压：2.选滤波电容可选：

1000F,耐压50V的电解电容第27页,共51页，2024年2月25日，星期天二、其他形式滤波1.电感滤波RLL~+u2

整流后的输出电压：直流分量被电感L短路交流分量主要降在L上电感越大，滤波效果越好2.

型滤波L

C1RL~+u2

C2C1、C2对交流容抗小L对交流感抗很大负载电流小时L第28页,共51页，2024年2月25日，星期天8+Uo

+UI

RLV1+UCE

2线性集成稳压器并联型稳压电路—调整管与负载并联串联型稳压电路—调整管与负载串联2.1串联型稳压电路的工作原理+UI

取样电路调整管比较放大电路基准电压UZUF

一、结构和稳压原理稳压的实质：UCE的自动调节使输出电压恒定第29页,共51页，2024年2月25日，星期天二、输出电压的调节范围8+Uo

+UI

R’2RLR’1R1UFUZR2RP第30页,共51页，2024年2月25日，星期天2.2三端固定集成稳压器CW7800系列(正电源)CW7900系列(负电源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V一、78、79系列的型号命名输出电流78L××/79L××—输出电流100mA78M××/9M××—输出电流500mA78××/79××—输出电流1.5A输出电压例如:CW7805输出5V，最大电流1.5ACW78M05输出5V，最大电流0.5ACW78L05输出5V，最大电流0.1A第31页,共51页，2024年2月25日，星期天封装CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符号CW7800++213CW790013_2_塑料封装金属封装312第32页,共51页，2024年2月25日，星期天二、CW7800的内部结构和基本应用电路内部结构+UI

取样电路调整电路保护电路基准电压比较放大启动电路+UO

基本应用电路Uo=12VW7812123C2++UiC1C30.33

F0.1

F100

FRL防止输入端短路时C3反向放电损坏稳压器抵消输入长接线的电感效应，防止自激改善负载的瞬态响应,消除高频噪声第33页,共51页，2024年2月25日，星期天提高输出电压电路W78

132

Ci

C2+UO

+UI

+U

R1R2IQI1I2静态电流5

8mA要求输出电压UO>U

第34页,共51页，2024年2月25日，星期天输出电压可调稳压电路W78

C1

C2+UI

+U

+UO

R1R2R3R48(虚短)可产生小于U

的输出电压UO第35页,共51页，2024年2月25日，星期天输出正、负电压的电路~24V~24V~220VW7815W79151323211000

F220

F0.33F0.33F0.1F+15V

15V++++1000

F0.1F220

F恒流源电路12+UI=10V

W78053+UO

RRLIQIO0.1F0.33F10

第36页,共51页，2024年2月25日，星期天2.3三端可调输出集成稳压器一、典型产品型号命名CW117/217/317系列（正电源）CW137/237/337系列（负电源）工作温度CW117(137)—

-55150CCW217(237)—

-25150CCW317(337)—

0

125C基准电压1.25V输出电流L型—输出电流100mAM型—输出电流500mA第37页,共51页，2024年2月25日，星期天二、CW117内部结构和基本应用电路内部结构调整电路基准电路误差放大启动电路偏置电路保护电路IREFUIUOADJ123外形引脚CW117123UIUOADJCW137123UIUOADJ

50

A

第38页,共51页，2024年2月25日，星期天基本应用电路Uo

CW317123C2++UiC1C30.1

F10

F33

FR1R2C4IOIQIIREF0.1

FV1V2V1防止输入端短路时C4反向放电损坏稳压器V2防止输出端短路时C2通过调整端放电损坏稳压器UREF=1.25V使UREF很稳定R1=

UREF/

IQ=125

静态电流IQ(约10mA)从输出端流出,RL开路时流过R1R2=

02.2k

时，120IREF

50

A2.2kUO=

1.2524V第39页,共51页，2024年2月25日，星期天0

30V连续可调电路Uo

CW317123++UiC10.33

F10

FR1R2C31

FVC2R3+3k120680+32

V–10

VA当R2=0时，UO=0VUA=–1.25V第40页,共51页，2024年2月25日，星期天3开关集成稳压电源线性稳压电路的缺点:调整管管耗大电源效率低(40%

60%)改进思路:使调整管截止(电流小)饱和(管压降小)开关稳压电路的优点:效率高（80%

90%）体积小、重量轻稳压范围宽开关稳压电路的缺点:电路复杂对电网要求不高对电子设备干扰较大输出电压含较大纹波第41页,共51页，2024年2月25日，星期天一、串联型开关稳压电路3.1开关稳压电源的基本工作原理调整管取样电路开关调整管控制组成框图滤波+UI

+Uo

RLV18A8C基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO频率固定的三角波误差放大续流第42页,共51页，2024年2月25日，星期天工作波形+UI

V1LuEIO+Uo

RL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL=DUI—占空比OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脉宽调制式（PWM）第43页,共51页，2024年2月25日，星期天+UI

+Uo

RLV18A8C基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO稳压原理UIUOuFuA占空比

UOD=50%当uF=UREF,uA=0,UO为预定标称值第44页,共51页，2024年2月25日，星期天二、并联型开关稳压电路+UI

+Uo

RLV1R1R2LC+UREFuFuBV2控制电路+UI

+Uo

RLV1LC+uBV2+UI

+Uo

RLV1LC+uBV2iL高电平iO低电平iLuBtofftonT第45页,共51页，2024年2月25日，星期天3.2集成开关稳压器及其应用类型单片脉宽调制式(外接开关功率管)单片集成开关稳压器CW1524CW4960/4962一、CW1524/2524/3524（区别在于温度范围））组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、振荡器、触发器、输出功率管(2)、过热保护最大输入电压：40V最高工作频率：100kHz每路输出电流：100mA内部基准电压：5V(承受50mA电流)第46页,共51页，2024年2月25日，星期天取样电压基准电压输出方波定时电容定时电阻关闭,控制脉宽接扩流晶体管C、E极输入电压振荡/同步12345678161514131211109–IN+INUINUREF(+5V)EBCBCAEARTCTGND–限流